Грузовик с водородным топливным элементом, ориентировочные показатели

[altcon.livejournal.com]

     Как известно, многие страны предпринимают значительные усилия по уменьшению выбросов углекислого газа, а транспорт, работающий на ископаемом топливе,  является одним из источников эмиссии  -  как СО2, так и оксидов азота. Чисто электрические грузовики и автобусы давно производятся малыми сериями.   Ожидается крупносерийный выпуск седельного тягача компании Tesla.
    Критики отмечают недостаток магистрального грузовика с аккумуляторами повышенным весом, вследствие чего снижается полезная нагрузка автомобиля. Стоит отметить, что  для легковых электромобилей уже появились станции быстрой автоматизированной замены батарей, не исключено, что это может быть в перспективе  реализовано для грузовиков.
   В качестве альтернатив   предлагается использование водородного     Топливного Элемента, что позволило бы увеличить пробег между подзарядками, если они вообще понадобятся, уменьшить емкость батареи, а также в перспективе использовать возобновляемую энергию для получения водорода посредством электролиза воды.

Седельный тягач с водородным топливным элементом и баллонами за кабиной

Недавно были опубликованы прогнозные расчеты сравнительного стоимостного анализа грузового электротранспорта с водородным  топливным элементом

https://www.fch.europa.eu/publications/study-fuel-cells-hydrogen-trucks

На переднем плане топливные элементы

                                                                             

Двухступенчатый электромотор грузовика

                                                                   

    Как альтернатива водородному грузовику в  работе также рассматривался вариант с аккумуляторами большой емкости (пробег между подзарядками сопоставим с водородным тягачом), а также вариант  с токоприемниками.

Седельный тягач с токоприемником

                                                                           

Авторы работы приводят нижеследующие цены, основанные на серийном выпуске, для магистрального  грузовика мощностью   330 КВт.  Приведены цифры для планового гипотетического выпуска в 2023,  2027 и в 2030 годах.
   За основу взят седельный тягач мощностью 330 КВт, без двигателя он бы стоил 63000 Евро.   Далее можно прибавить стоимость либо дизеля, либо топливного элемента, для которого нужно добавить буферный аккумулятор, электромотор и выбрать один из вариантов запаса водорода — в сжатом или жидком виде ( указан также удельный вес средства хранения).  Максимальная мощность обеспечивается аккумуляторами, при полной зарядке их хватает примерно на 100 км, мощность топливного элемента принята на уровне 240 КВт.  Запас водорода обеспечивает пробег 560 км, приводится также удельный вес средств хранения водорода.  грузовика мощностью 330 КВт.  Приведены цифры для планового гипотетического выпуска в 2023,  2027 и в 2030 годах.

Расход водорода — 8 кг на 100 км в 2023 году и 7,6 кг  в 2027 году.

Таблица с ценами в Евро   

В печати уже сообщалось, что в Китае для автобусов цена батарей снизилась ниже 100 долларов за КВт час  (прим. автора блога).   По прогнозу авторов обзора общая стоимость владения при пробеге 140 тыс. км в год дизельного и альтернативного грузовика практически сравняется  к 2027  году, а в 2030 последний будут предпочтительнее по полной стоимости владения. При этом авторы принимают стоимость диз.топлива за 1,27  Евро за литр в 2023 году      и 1,37 Евро за литр в 2030 г., а стоимость  электролизного водорода за 6,90 Евро в 2023 г. и  4,50 Евро за кг в 2030 г.
    Понятно, что возникает вопрос об удобстве и экономике эксплуатации водородного грузовика, а здесь пока неясны ценовые перспективы электролизного водорода. Вполне возможно, что около крупной ГЭС и при значительном потреблении водорода стоимость будет определяться амортизацией электролизеров и компрессоров сжатия водорода.
   Но давайте посмотрим, что уже в мире есть сейчас из водородной инфраструктуры. Во первых, это установки по выпуску водорода на основе природного газа (газификацию угля оставим пока в стороне, хотя вместо угля можно газифицировать и нефтяные остатки — гудрон, асфальт или нефтяной кокс. ) Главные потребители водорода сегодня  - это аммиачные установки, нефтеперерабатывающие заводы. Для первых водород сжимается до давления 300 атм, для вторых  до 65 или до 250 атм в зависимости от технологической схемы. В Европе и США имеются газопроводы  водорода для снабжения предприятий, поэтому в теории водородные газовые заправки, получая водород при давлении 30-40 атм, могут уменьшить количество ступеней сжатия при компрессии , снижая инвестиционную стоимость оборудования.
    Сегодня ориентировочная себестоимость водорода для крупной установки парового риформинга природного газа около доллара за кг, возможно, что для США и России процентов на 10-20 ниже, поскольку газ относительно дешев.
   Есть планы  интеграции электролизного водорода с существующими установками. В Германии компания Leuna разместит на своей площадке электролизеры для известного поставщика газов -  компании     Linde  общей мощностью 24 МВт, которые будут поставлять в   магистральную и  заводскую сеть водород, полученный из возобновляемой энергии, а также сжиженный газ будет распределяться по автозаправочным станциям.
https://www.greencarcongress.com/2021/01/20210114-linde.html
   Как это ни странно звучит, традиционные поставщики топлива сегодня могут производить водород для транспорта экономично и надежно, хотя это и уменьшает продажи жидких топлив. Вполне возможно, что идея поставки водорода под большим давлением для близлежащей к аммиачному заводу или НПЗ водородной заправки покажется вышеупомянутым предприятиям неинтересной. Но  существуют приемы, с помощью которых можно заинтересовать таких поставщиков. В США это мог бы быть аналог RIN , когда предприятие покупает сертификат, что энергия поставлена из возобновляемых источников, что способствует снижению выбросов углекислого газа. Водород, пусть  даже полученный из природного  газа c абсорбцией СО2 способствует снижению выбросов углекислого газа на  транспорте
   В работе авторы также рассматривали и менее мощные автомобили, которые могут использоваться как развозные авто или шасси для мусоровозов.
если у читателей будет интерес узнать подробнее, то приведу в отдельном посте. Также можете задавать вопросы по технологиям производства водорода.

Comments

[analogthing.livejournal.com]

Не надо сеть, дорого) Накопители, в любом виде.
С учетом метальности Василия (тм), рулящего локомотивами - лучше батареечные)
(ибо гидроген йопнет, а метанол выжрут))) да он и запрещен у нас. )

[nabbla1.livejournal.com]

А ведь была такая штука - танк-паровозы! Когда пар генерится где-то на станциях, закачивается в бак - а на локомотиве только паровая машина. А надо сказать, у перегретого пара энергоёмкость очень неплохая, и выхлоп - просто вода, тут уж точно никаких окислов азота!

[analogthing.livejournal.com]

Не встречал, признаться) С паром сталкивался, доводилось (сбросный, но под 50 бар и 300+С где-то). Тоже страшная шутка)
Там сквозной коэффициент системы процентов пять, наверное, наберется. В десять - можно смело утверждать)

[nabbla1.livejournal.com]

Блин, я название перепутал. Танк-паровоз - это в котором тендера нет, вода с топливом прямо "на борту". А тот, про который я имел в виду - БЕСТОПОЧНЫЙ ПАРОВОЗ, fireless locomotive.

Меня всё терзает вопрос - если бы паровозы "волевым решением" не прикрыли бы, до чего они могли бы развиться?

Ведь паровой цикл - один из самых эффективных, по крайней мере когда никого не смущают масса и габариты, т.е в стационарных установках. Хороший котёл практически всю энергию топлива передаст пару - для этого у него должна быть очень развитая поверхность теплообмена, водоподогреватель и экономайзер, в паровоз это тяжело запихать (хотя начинали запихивать с переменным успехом), но тупо прогресс в материалах и технологии изготовления позволяет гораздо лучше это проделать. Как бы одно дело - дымогарные трубы ввареные вручную, другое дело пластинчатый теплообменник :)

Дальше, сама паровая машина имела не шибко высокий КПД, поскольку как раз-таки из-за устаревшей конструкции котла (где ЧЕРЕЗ ВОДУ протянуты трубы, по которым идёт дым) давление было не очень большим, вон у П36 - 14 атмосфер. И расширение только до атмосферного, и цилиндров всего два, и даже не всегда они "компаундные" (один низкого давления, второй высокого). На самом деле, даже до атмосферного давления расширения не шло - пар оставался под давлением и шёл в конус, для создания тяги. А вот убрать конус (заменить на электровентилятор), да поставить вакуумный насос, для расширения пара эдак до 1/4 атм, чтобы он успевал остыть аж до 40°С - вот это уже совсем другой коленкор!

Неэффективные золотники заменить клапанами - это тоже успели опробовать, неплохой выигрыш, только вот паровоз переставал говорить "чух-чух", и это было сочтено святотатством :)

А ведь ещё можно в паровозе РЕКУПЕРАЦИЮ сделать - тоже намётки были. Если пустить "задний ход", и на выход паровой машины подавать пар низкого давления и низкой температуры - она заработает как компрессор, "вкачивая" в котёл пар уже под высоким давлением и температурой :)

[analogthing.livejournal.com]

Классный стимпанк, лайк! Я тоже все вот это люблю)

Однако, вернувшись на грешную... С удивлением тут, буквально надысь, обнаружил, что тепловой кпд АЭС - а это случай с идеальным котлом, фактически - всего 35% (на новом блока ЛАЭС). Остальное т.н. сбросное тепло не может уже совершить полезную работу, увы( и идет в пруд, буквально. Тогда как когенерация на ТЭС - уже в районе 60%.
Утверждать, однако, не возьмусь. В этой теплотехнике я даже не теоретик)

[nabbla1.livejournal.com]

Да, как-то так. У АЭС проблема в том, что не создан доступный реакторный материал, который выдержит урановые таблетки с одной стороны и воду/пар при 500 °С с другой стороны, будет терпеть нейтронное и прочие облучения в течение всего срока работы тепловыделяющих сборок. Вот выйти на 300 °С удалось - примерно такую температуру и используют, причём кипящие реакторы а-ля РБМК оказались капризными до жути, переходят изо всех сил на реакторы с водой под давлением, а там ещё нужно, чтобы эта самая вода под давлением пошла на парогенератор, и уже там "вторичную" воду превратила в пар, крутить турбины. Так что у той температура ещё чуточку меньше выходит - это и ограничивает КПД, и ограничит его ещё сильнее, если пар низкого давления начать стравливать на теплофикацию!

У ТЭС такой проблемы нет - там свыше 500 градусов элементарно (ну, в смысле научились и вовсю применяют) разогреть, и давление в 120 атмосфер.

В своё время предлагали не пытаться скрестить ужа с ежом (электростанция с теплофикацией), а станции отдельно, очень мощные, вдали от городов, а в городах ставить атомные станции теплоснабжения, где используют атомную энергию только для отопления. Получался реактор с полностью пассивным охлаждением - не нужно воду циркуляционными насосами гонять, и соответственно не страшно, если они вдруг остановятся. Почти построили в Нижнем Новгороде, но там Немцов решил начать свою политическую карьеру с закрытия этой самой АСТ-500 (Атомная Станция Теплоснабжения на 500 МВт), и таки закрыли её при готовности почти 90%.

[analogthing.livejournal.com]

Он оно как... Спасибо, интересная фактура)

[zel-dol.livejournal.com]

Для котельной не может быть открытого цикла. Реактор всегда охлаждается своим замкнутым циклом с радиоактивной водой и системами безопасности, Вы что думаете безопасность будет зависеть от того примет город горячую воду или нет? Эта вода отдает другому контуру, а с него другим контуром уже в город.

[nabbla1.livejournal.com]

Да, там чуть ли не три контура, первый непосредственно в реакторе, второй промежуточный, третий - уже городские теплосети. Речь о первом контуре, в ВВЭР к примеру там 4 циркуляционных насоса стоит по 8 МВт каждый.

А в АСТ-500 в первичном контуре вообще насосов нет, естественная циркуляция, поэтому в аварийной ситуации реактор заведомо не расплавится, поверхность для охлаждения с учётом первичного контура будет достаточной, и обесточиваться там нечему.